2018 Fiscal Year Annual Research Report
The study on the effects of microgravity environments on the brain functions
Publicly Offered Research
| Project Area | "LIVING IN SPACE" - Integral Understanding of life-regulation mechanism from "SPACE" |
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| Project/Area Number |
18H04988
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| Research Institution | National Institute of Genetics |
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Principal Investigator |
川上 浩一 国立遺伝学研究所, 遺伝形質研究系, 教授 (70195048)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ゼブラフィッシュ / 微小重力環境 / 遺伝子発現 / 脳機能 / 学習、記憶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．「情動に関係する学習行動を司る神経回路を同定した」
モデル脊椎動物ゼブラフィッシュの成魚を用いて、恐怖条件付け学習のアッセイシステムを開発した。脳の様々な神経回路にGal4を発現するトランスジェニックゼブラフィッシュを作製し、Gal4-UAS法によりゼブラフィッシュの特定の脳神経回路にボツリヌス神経毒素遺伝子を発現させ、神経回路機能阻害実験を行った。その結果、終脳の背側内部領域に存在する神経細胞群が、恐怖条件付け学習に必須であることを明らかにした。この神経回路は、哺乳動物においては、情動に関する学習や記憶に重要な働きをしている扁桃体に相当するものであると考えることができる。小型魚類を用いて宇宙環境における情動のコントロール研究等の基盤を築くことができたと考える。
２．「宇宙環境でゼブラフィッシュ脳において発現が増減する遺伝子の解析」
計画研究瀬原班と共同で、宇宙滞在ゼブラフィッシュと地上滞在コントロールゼブラフィッシュの脳からRNAを抽出し、RNA-seq解析に行い、トランスクリプトームの比較を行った。その結果、宇宙滞在２日目と５週目の時点で共通して発現上昇している遺伝子Xを同定した。このX遺伝子は微小重力環境で発現が上昇する遺伝子であると考えられる。現在、X遺伝子の発現をコントロールする制御領域の研究、X遺伝子機能解析のためCRISPR/Cas9法による機能破壊実験を進めている。
３．「トランスジェニックフィッシュにおいて遺伝子破壊をするシステムの開発」
トランスジェニックフィッシュにおいて、CRISPR/Cas9法によって効率よく遺伝子破壊をするために、gRNAをtRNAをスペーサーに用いて発現させると、細胞内でtRNAが切断され、機能的なgRNAが作られることを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
１．「情動に関係する学習行動を司る神経回路を同定した」に関しては、2018年に論文を出版することができたから。
２．「宇宙環境でゼブラフィッシュ脳において発現が増減する遺伝子の解析」に関しては、微小重力環境において発現が変動する遺伝子Xを発見することができたから。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．遺伝子Xの発現可視化のためのトランスジェニックフィッシュの作製およびCRISPR/Cas9法による機能破壊実験
X遺伝子内の塩基配列をターゲットとしたgRNAを設計し、Cas9酵素mRNA、ドナーとなるGal4遺伝子をもつDNAと共に、ゼブラフィッシュ受精卵へマイクロインジェクションする。マイクロインジェクションした胚を成魚にまで育て、かけあわせによりX遺伝子座にGal4遺伝子がノックインされたトランスジェニックフィッシュ個体を得る。このトランスジェニックフィッシュをUAS:GFPフィッシュとかけあわせることにより、X遺伝子の発現パターンを可視化する。どのような条件下でX遺伝子の発現が誘導されるか？を明らかにする。同時に、このトランスジェニックフィッシュ系統ではX遺伝子が破壊される。遺伝子破壊変異のホモ２倍体を作製し、表現型の解析を行う。
２．ゼブラフィッシュを用いた食欲、情動、ストレスに関する脳神経回路の研究
ゼブラフィッシュ稚魚を様々なストレス下におき、どのような神経回路が活性化され、ストレスが脳内でどのように情報処理されるか？ を明らかにする。具体的には、脳神経回路特異的Gal4発現トランスジェニックフィッシュとをリアルタイムカルシウムイメージング法を組み合わせることにより、様々なストレスに反応する脳神経回路の探索を行う。
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Research Products
(11 results)
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[Journal Article] Identification of a neuronal population in the telencephalon essential for fear conditioning in zebrafish.2018
Author(s)
Lal, P., Tanabe, H., Suster, M.L., Ailan, D., Kotani, Y., Muto, A., Itoh, M., Iwasaki, M., Wada, H., Yaksi, E., and Kawakami, K.
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Journal Title
BMC Biology
Volume: 16
Pages: 45
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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